在“電池研究院”欄目的第一集《比亞迪第三代DM技術如何節(jié)油？》當中，我們分析了“P0+P3+P4”高階構架下的插電式混合動力系統(tǒng)如何工作。然而，混動系統(tǒng)對于絕大多數(shù)車企而言還是過于復雜了，不僅開發(fā)成本高昂，而且還撈不到幾個子兒補貼。

“簡單暴力上純電”是目前絕大多數(shù)造車新勢力的選擇，蔚來便是其一。造純電是為了補貼？豪華車銷量太低，因而無法拿到這么多份固定額度的補貼，補貼比車價貴的那些低速電動車改良版才是騙補神器。

閑話不多說，直入技術主題吧。

A、電池越多越好？

很多朋友都會問：為何不可以堆多一點電池，讓純電動車的續(xù)航再高300km？

筆者先反問一句：執(zhí)飛“廣州- 北京”的空客A380可以裝載250噸航空煤油，為什么每次只裝載50噸呢？

答案很簡單：我們不應該耗費多余的能量，用于運輸能量介質本身。

舉個例子，特斯拉Model S 75電池能量的24%被用于運輸電池本身。如果給Model S裝載4倍容量的電池，續(xù)航不可能是4倍，因為這時候大約60%電能用于運輸電池了。

當然，業(yè)界也有一些辦法來解決“電池能量密度過低”的世界難題：液流電池技術（很有可能是死胡同）、增程式發(fā)電技術（依然有較多污染）、石墨烯電池（商用化遙遙無期）、直流快充技術（只要成本降下來，這是突破口）。

B、電池能量密度越高越好？

電池技術瓶頸真的無法突破嗎？是的，目前全球電池研發(fā)與生產(chǎn)均沒有質變式的突破，因為一塊簡單的電芯（基礎元件）需要受到多達6個維度的因素制約：循環(huán)壽命、功率密度、能量密度、工作溫度區(qū)間、安全、成本。

6個維度的表現(xiàn)，就像是游戲里的“技能樹”，我們手中只有有限的技能點，不能讓所有維度的表現(xiàn)都全優(yōu)，除非你愿意用200萬成本打造一臺15萬家用車的電池組，以做慈善的方式促進我國新能源事業(yè)發(fā)展。

C、蔚來的電池有何特點？

6個維度互相制約，自始至終都無法做到完美平衡，多方博弈之下，蔚來ES8的電池包選擇了安全與循環(huán)壽命作為首要提升目標。

蔚來提出了“三縱三橫”的安全構架：

我們來理解一下上述表格：

1、“電芯 - 模組 - 電池包”是從微觀到宏觀的排序，電芯得精巧，用電芯組合成的模組才安全，用模組組合成的電池包也才安全；

2、“電池包 - 模組 - 電芯”是從宏觀到微觀的排序，電池包外殼受損，模組外殼還能繼續(xù)保護；模組外殼也受損了，電芯本體還有自我保護能力；

3、“預防 - 控制 - 損控”是以時間順序排列的，先預防風險；但是風險還是有的，所以需要用各種溫控、電控、密封來規(guī)避風險；當損害無法避免時，還有損控流程還降低損失。

D、硬殼電芯有何優(yōu)勢和劣勢？

既然蔚來選擇了安全優(yōu)先，硬殼電芯成為首選。剛剛我們提到，任何電芯電池都不可能是盡善盡美的，因此有了下表內(nèi)容：

我們來解讀一下上述表格：

1、硬殼電芯（方形電芯）的最大優(yōu)勢是安全，畢竟鋁合金/不銹鋼殼子硬；但是硬殼電池的整包能量密度普遍不高，太多重量被用來保護電芯本身。這是蔚來、大眾、豐田、寶馬、奧迪的選擇。

2、軟包電芯的本體重量較輕，單體電芯一致性非常好，問題是加上冷卻系統(tǒng)之后，輕量化優(yōu)勢又沒剩太多了。愛馳、前途、通用等等車企都選擇了軟包，你的手機也是。

3、圓柱電芯運用最廣泛，而且散熱好，單位重量的容量較高。圓柱電芯的供應商特別多，中日美韓都有成熟的圓柱電芯生產(chǎn)企業(yè)，包括特斯拉在內(nèi)的最大多數(shù)車企都選擇了圓柱電芯，包括你的筆記本電腦。

E、說了那么久，把數(shù)據(jù)請出來吧

先看一個總表：

我們繼續(xù)來解讀：

1、毫無疑問，蔚來用了三元鋰離子“內(nèi)餡”。目前，三元鋰電池比出貨量更高的磷酸鐵鋰電池更具實用意義，研發(fā)潛力也更強一些，但耐用性并不如磷酸鐵鋰那么強（比亞迪e6鐵電池出租車可以運營50萬公里）。

2、電池包重量525kg，蔚來ES8的整備質量約為2200kg，占比不到1/4。實際上，我們可以看到ES8底盤內(nèi)部還有空間可以安放更多電池（下圖），但為何蔚來沒有這樣做呢？蔚來給的答復是：為了服務換電模式，蔚來電池包的外尺寸必須兼容品牌最小車型。也即是說，電池包全品牌統(tǒng)一，車子越小，續(xù)航越長。

4、服務換電模式可以，但為何不能在ES8的底盤空隙里面安放固定位置的電池包以增強續(xù)航？比如“70kWh可換電池包 + 20kWh固定電池包”。蔚來的答復是：電控難度加大，電池一致性非常難解決。（作者畫外音：記得大眾汽車的“高性能+高容量混搭電池包”嗎？搞砸了……）

5、蔚來硬殼電池包的整包能量密度為135Wh/kg，是目前量產(chǎn)的硬殼電池包里頭最高的，但比不上更具密度優(yōu)勢的軟包電池包與圓柱電池包（雖然已經(jīng)很接近主流水平）。不打緊，蔚來的下一款電池包是奔著160Wh/kg來的，非常值得期待。

F、蔚來電池包安全測試

蔚來電池包經(jīng)歷了將近1000天的安全測試，81個測試項目，涵蓋用車過程中的各種可控、不可控風險，比如：

1、過冷/過熱的環(huán)境溫度，對電池包的影響遠大于對內(nèi)燃機的影響。蔚來電池包需要在-40℃和+85℃之間的125℃溫差之間“生存”下來，頗為勵志。

2、內(nèi)燃機冷啟動困難，純電動車冷啟動更是煎熬。蔚來的水冷系統(tǒng)可以自動預熱，消耗一定電能，讓電池包迅速進入工作狀態(tài)。

3、一般來說，純電動車自燃的逃生只有60-120秒。蔚來電池包在火燒130秒之后依然能使用（不是真的讓你繼續(xù)開，而是告訴你這電池包還沒失控爆炸），因此在真正遭遇火情時，車主的逃生時間會大幅度增長。

4、強大的防水性能，是一眾南方車主的福音。這里指的是涉水過隧道的能力比汽油車還強，而不是把車子泡在洪水中沒事。（即使電池包沒事，內(nèi)飾早就便淹了。）

5、最后是跌落測試，半噸中的電池包自由落體，杠杠的，硬殼電池的優(yōu)勢。

蔚來BMS電池管理系統(tǒng)擁有多項技術亮點，我們來一一細數(shù)：

A、液冷恒溫技術

之前有讀者問過我們，“淺充淺放”是否能讓電池壽命更長。是的，但并不如控制溫度那么有效。打個比方吧，如今手機快充技術已經(jīng)全面鋪開，其實快充傷電池的速度，遠不及高溫傷電池的速度（即使充電速度慢）。

因為水的比熱容高，整套溫控系統(tǒng)的換熱系數(shù)高，冷卻與加熱速度快，想要快速且精準地控制電池溫度，液冷恒溫技術（俗稱“水冷系統(tǒng)”）必不可少。蔚來電儲能系統(tǒng)的每個電池模組內(nèi)置有3個電芯溫度傳感器，可實現(xiàn)溫度精確檢測和控制。

蔚來將鋁制液冷板鋪于電池模組下，在模組與液冷板之間加入一層導熱墊，并在液冷板與殼體底部之間再鋪設有隔熱和絕緣材料，確保電池整系統(tǒng)的恒溫和安全。工作時，電芯的溫度傳遞到模組與冷板接觸的底部，再通過導熱墊傳給液冷板，液冷板外壁再把熱量傳導到冷卻液，達到降為溫目的。加熱過程反之亦然。

然而，液冷恒溫技術并非黑科技，蔚來的技術重點是 —— 這套技術支持換電模式。也即是說，當蔚來車子進入換電站之后，液冷系統(tǒng)的雙向截止閥會自動關閉/打開，讓液冷系統(tǒng)與電池包液冷回路斷開/重連（耐久性為10000+次），實現(xiàn)液冷電池包快速更換。

B、精準的SOC測量與估算

首先必須說明一個知識點：電池包是非常復雜的一個電化學論題，剩余電量的曲線不是筆直的（剩余燃油的剩余能量是基本筆直的），需要視乎電芯的健康程度、外界溫度變化、充放電倍率來預估。

在純電動車的實際使用過程中，時速會變，溫度會變，用戶的駕駛需求也會變，BMS預估的SOC永遠都存在偏差。BMS想要盡可能地糾正測量誤差，就必須通過先進的軟硬件性能提升精度，減少損耗性。

蔚來給出的解決方案有三個重點：

1、提升傳感器測量精度：整包電流傳感器采用德國進口的伊莎貝拉傳感器，電流采樣精度高。

2、提升芯片的處理能力：新一代英飛凌主芯片，具備32位數(shù)據(jù)處理的能力。

3、強大的算法處理能力：蔚來獨立研發(fā)。

C、均衡策略

蔚來BMS不是一個單獨的控制器，它相當于BMU（Battery Management Unit電池管理單元）+ N 個CSC（Cell Supervisory Controller電芯監(jiān)控控制器），即BMS= BMU + n × CSC。

內(nèi)置那么多CSC電芯監(jiān)控控制器，是因為電芯的一致性是有限的（有些電池包必須用同一批次的電芯才能組建），電芯與鄰居之間的性格有微量差異，這時候就必須執(zhí)行均衡策略。

簡單來說，就是BMS通過均衡電阻對電芯進行主動控制，讓高電量與低電量電芯均衡一致。如此一來，即使每個電芯在經(jīng)過同一輪充放電循環(huán)后擁有了各自不同的特性，BMS還是能讓它們趨向于一致，此舉將減緩SOH衰減，延長電池壽命。

D、實時監(jiān)控 & 大數(shù)據(jù)

為了達到蔚來宣稱的“1500次充放電循環(huán)衰減不低于80%”的電池壽命，一套實時監(jiān)控系統(tǒng)是BMS的必備，而這些傳感器在上文已經(jīng)表述過了，那就不再贅述。

我們需要知道的是蔚來對電池包的監(jiān)控與維護邏輯：

1、當BMS監(jiān)測到電池健康狀態(tài)異常，就會報告給車輛，車載系統(tǒng)立即上傳數(shù)據(jù)給蔚來。

2、更換掉這塊疑似故障的電池并不困難，你可以APP/電話通知NIO Power，剩下的事情交給他們。

3、你也可以在換電站直接把現(xiàn)役電池包換走，裝載健康的電池包繼續(xù)行程。這就是換電站的另一個優(yōu)勢。

4、云端大數(shù)據(jù)可以執(zhí)行很多事情，比如指導車主前往最近的換電站獲得健康的電池包、指導車主獲取迭代后的更高容量的電池包、為蔚來NIO Service / NIO Service提供數(shù)據(jù)支撐等等。

其實，筆者一直認為驅動電機的技術并非新能源汽車科技的核心（內(nèi)燃機則是傳統(tǒng)汽車工業(yè)的核心），真正決定一臺純電動車性能的是電池包。這樣說吧，如果我們有一個同樣體積/重量、可以容下700kWh電量的蔚來電池包，請把EP9的驅動電機給我們的ES8、ES6、ET7裝上，公路與賽道上再無吾之對手。

不過，目前電池技術瓶頸依然未得到突破，我們想要一臺“力氣大、吃得少”的純電動車，就必須在性能與節(jié)能之間尋找均衡。

且看下圖，蔚來ES8的驅動模塊結構并不復雜，“逆變器 - 電機 - 減速器”即是完整結構，這就是0-100kW加速4.4秒的根源。

A、“雙三相拓撲結構”的逆變器

“逆變器”很好理解。我們用電網(wǎng)的交流電給車子充電之后，存儲在蔚來70kWh電池包內(nèi)的電是直流的，這時候我們就要一個DC to AC的變壓器將其轉化為驅動電機轉子最愛的交流電。

雖然多數(shù)媒體很少關注逆變器，但其實逆變器需要執(zhí)行的任務非常繁重，它是整套動力系統(tǒng)的第一個關鍵部件。

逆變器的核心部件是IGBT功率模塊，相當于逆變器的CPU指令中心。英飛凌(Infineon)為蔚來ES8提供了HPDrive IGBT功率模塊，它被聯(lián)入蔚來專利的雙三相拓撲結構中，具有更高功率密度和更高集成化的特點。

值得一提的是，IGBT是可以“超頻”的。如果電池技術得到突破，在續(xù)航能力加強的前提下，英飛凌將強化這款IGBT功率模塊，將ES8的單臺驅動電機最大功率從240kW釋放到300kW。

那么，“雙三相拓撲結構”又是什么呢？對于純電動車而言，三相全橋逆變器拓撲結構完全夠用，但對于ES8這類有著較大功率需求的純電動汽車而言，單個三相拓撲架構容易造成功率器件運行不穩(wěn)定。

沒有一頓火鍋談不攏的事情，有的話，來兩頓。逆變器也是同樣道理，當使用雙三相拓撲設計之后，兩塊逆變功率模塊并聯(lián)，峰值輸出翻倍，安全性和可靠性都得到了提升，還可對輸出扭矩精準控制。

B、異步感應驅動電機

說起電機，這話題太復雜了，我們先來用分類法簡化一下。首先，旋轉電機分為控制電機、功率電機、信號電機三大類，我們今天要說的“驅動電機”便是功率電機的一種，它是用來輸出功率的。

接下來，我們看看各種功率電機的優(yōu)缺點：

我們來解讀一下表格：、

1、直流電機效率低、重量大、體積大、可靠性差，除了便宜之外就沒什么優(yōu)點了，老年代步車至愛。

2、交流異步電機，各方面性能都非常優(yōu)異，功率高、效率高、控制精準、可靠性強、動能回收實現(xiàn)難度低，但造價較高，反應沒交流同步電機快，這是蔚來和特斯拉的選擇。

3、交流同步電機，各方面性能同樣優(yōu)異，轉子結構更復雜，精度更高，尺寸更小，但造價更高。（異步和同步的區(qū)別，在于轉子速度與定子旋轉磁場是否一致。）

接下來，我們來了解一下ES8的高性能電機。ES8搭載了兩臺異步感應驅動電機，采用銅轉子技術，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。銅轉子的導熱性相比鋁轉子高出了40%，有效提升了轉子效率并減少損耗；同時，電機采用了激光焊接，焊接熔深一致性好，強度高于同行業(yè)的釬焊方式。

蔚來的異步感應驅動電機在0-5500rpm范圍內(nèi)均可輸出420Nm最大扭矩，在5000-6000rpm時的功率和扭矩輸出幾乎都能夠達到峰值，這意味著在對應的60km/h-80km/h時速下，只要駕駛者需要，ES8就能夠帶來遠超內(nèi)燃機汽車的加速表現(xiàn)。

蔚來電池包經(jīng)過了條件苛刻的耐久性試驗，驅動電機同樣如此：

1、以額定最高轉速15000rpm的1.2倍（即18000rpm）進行超速測試，保證轉子不會被破壞；

2、50g加速度的沖擊試驗；

3、在炎熱、濕熱、浸水等條件下，查看密封性能；

4、高低溫循環(huán)使用狀況。

C、大輸入功率減速箱

這個不是真的“降低速度”，而是進行轉速匹配（電動機轉速0-15000rpm，車輪不可能達到）。由于交流異步電機的本身調(diào)速范圍很廣，因此多數(shù)車型的減速箱只需要一個擋位，稱為“單前速變速箱”亦可。

減速箱可以將轉速降低以提升扭矩輸出，電機高速運轉的轉子與減速箱輸入軸上齒數(shù)少的齒輪相嚙合，然后再與輸出軸上齒數(shù)多的齒輪結合來達到減速的目的，而大小齒輪之間的齒數(shù)之比便是減速箱傳動比。

由于蔚來ES8的兩臺驅動電機功率非常大，大輸入功率減速箱成為必須，而其減速比為9.6:1。在制造工藝方面，這臺大輸入功率減速箱還做到了齒輪高精度貼合，從而確保了NVH特性。

三電技術說起來簡單：電池、電控、電機；三電技術說起來也可以很復雜，目前筆者用6000字仍未深度解剖完這一套純電驅動系統(tǒng)。

我們總是說“歷史是螺旋式發(fā)展的”，這就是一個典型例子。純電動車比汽柴油車早了半個世紀到達這顆蔚藍星球（18世紀時還算是“蔚藍”），然而近一個世紀統(tǒng)治地球的卻是以數(shù)十億計算的汽柴油車。

如今，能源與環(huán)保的需求，同時推動著純電動車的井噴式發(fā)展。純電動車不是未來的必然，說不定哪天就被氫燃料電池車打趴下了；純電動車卻是歷史的必然，更節(jié)能、更高效、更安全的三電技術是期間必不可缺的驅動力量。

（文：黃恒樂）